文章大綱
EDA全景概述
EDA軟件分類
EDA發(fā)展及產(chǎn)業(yè)情況
分析EDA三大企業(yè)
Synopsys
Cadence
Mentor Graphics
三大企業(yè)總體比較
三大企業(yè)成功因素及未來展望
全景概述
EDA軟件分類
EDA是廣義CAD的一種，是細(xì)分的行業(yè)軟件。利用EDA工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，完成電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程。
EDA發(fā)展及產(chǎn)業(yè)情況
01 發(fā)展
EDA是電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation)的簡稱，是從計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)和計算機輔助工程(CAE)概念發(fā)展而來。
20 世紀(jì) 70 年代早期階段(CAD 階段)，人們開始用計算機輔助進(jìn)行IC版圖編輯、PCB布局布線，取代了手工操作。相繼出現(xiàn)了許多二維 CAD、三維 SAD 軟件。
20世紀(jì) 80年代發(fā)展階段(CAE階段)，人們開始對相關(guān)軟件進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)，在把不同CDA工具合成一種系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完善了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，實現(xiàn)了工程設(shè)計。CAE的主要功能是:原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB 后分析。EDA 技術(shù)在此時期逐漸發(fā)展成半導(dǎo)體芯片的設(shè)計，已經(jīng)能生產(chǎn)出可編程半導(dǎo)體芯片。IC設(shè)計的 EDA 工具真正起步于80年代，1983年誕生了第一臺工作站平臺 apollo.
20 世紀(jì) 90年代成熟階段(EDA階段)，在 20世紀(jì)90 年代以后，微電子技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，集成幾千萬乃至上億的晶體管只需一個芯片。以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特點的 EDA 工具就此出現(xiàn)，此后EDA技術(shù)獲得了極大的突破發(fā)展。
之后的國內(nèi)EDA發(fā)展曲折而緩慢，因各種因素影響，國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)沒有取得實質(zhì)成功，但近十年發(fā)展中，華大九天、芯禾科技、廣立微、博達(dá)微等幾個企業(yè)從國產(chǎn)EDA陣型中展露生機。
02 產(chǎn)業(yè)情況
EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi) “小而精”的環(huán)節(jié)，產(chǎn)值較小但又極其重要。數(shù)據(jù)顯示，2018年整個EDA的市場規(guī)模僅為97.15億美元，2014-2018年復(fù)合增長率在6.89%左右，相對于幾千億美金的集成電路產(chǎn)業(yè)來說不值一提，但如果缺少了這個產(chǎn)品，全球所有的芯片設(shè)計公司都得停擺。
在2017年，IP核的交易已經(jīng)超越了EDA工具和服務(wù)本身，成為EDA產(chǎn)業(yè)交易規(guī)模最大的一部分。
（2014-2018年全球EDA市場規(guī)模(百萬美元)）
（2017年與2018年全球EDA市場規(guī)模(百萬美元)）
EDA
分析EDA三大企業(yè)
EDA三巨頭:EDA市場份額占據(jù)前三位的Synopsys、Cadence和被西門子收購的Mentor Graphics。
三大EDA企業(yè)占全球市場的份額超過60%。其中，Synopsys是全球最大的EDA企業(yè)，2018年的市場份額已達(dá)到32.1%;Cadence僅次于Synopsys，2018年市場占有率為22.0%;Mentor Graphics在被收購之前也能保持超過10%的市場占有率。在2017年中國工業(yè)軟件企業(yè)排行榜中，Synopsys排名35位，Cadence和Mentor Graphics分列第47、48位。
（2014-2018年EDA三巨頭公司收入所占份額）
Synopsys
01
Synopsys(新思科技)成立于1986年，由Aart de Geus帶領(lǐng)通用電氣工程師團隊創(chuàng)立，在2008年成為全球排名第一的EDA軟件工具領(lǐng)導(dǎo)廠商，為全球電子市場提供技術(shù)先進(jìn)的集成電路設(shè)計與驗證平臺。
Synopsys在EDA行業(yè)的市場占有率約30%，它的邏輯綜合工具DC和時序分析工具PT在全球EDA市場幾乎一統(tǒng)江山。
（2010-2019年Synopsys營業(yè)收入及增速情況）
（2010-2019年Synopsys凈利潤及增速情況）
Synopsys是EDA三大巨頭之首。占據(jù)統(tǒng)治地位的產(chǎn)品為邏輯綜合工具DC(design compiler)，時序分析工具PT(prime time)。Synopsys提供的產(chǎn)品與服務(wù)主要分為四類:EDA、IP、制造解決方案、專業(yè)服務(wù)與其他，其中EDA產(chǎn)品占Synopsys總收入中的一半以上。
Synopsys的EDA和IP客戶通常是半導(dǎo)體和電子系統(tǒng)公司。除此之外，Synopsys還為包括電子、金融服務(wù)、媒體、汽車、醫(yī)藥、能源和工業(yè)等不同行業(yè)客戶提供軟件安全解決方案。Intel是Synopsys最大客戶，2016-2018三年公司總營業(yè)額中分別有15.9%、17.9%、15.4%來自Intel。除此之外，公司沒有占總收入份額超過10%的客戶。
（2017-2019年Synopsys各類產(chǎn)品或服務(wù)營收占比情況）
Cadence
02
Cadence(鏗騰電子)是EDA行業(yè)銷售排名第二的公司，在1988年由SDA與ECAD兩家公司兼并而成，Cadence通過不斷擴展、兼并、收購，到1992年已占據(jù)EDA行業(yè)龍頭地位，但到2008年被Synopsys超越。
Cadence產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計的整個流程，包括系統(tǒng)級設(shè)計、功能驗證、集成電路綜合及布局布線、IC物理驗證、模擬混合信號及射頻集成電路設(shè)計、全定制集成電路設(shè)計、PCCE設(shè)計和硬件仿真建模等。全球知名半導(dǎo)體與電子系統(tǒng)公司均將Cadence軟件作為其全球設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。Cadence的Virtuso工具歷經(jīng)27年不衰，成為業(yè)內(nèi)傳奇。
（2010-2019年Cadence營業(yè)收入及增速情況）
（2010-2019年Cadence凈利潤及增速情況）
Cadence將主營業(yè)務(wù)分為五類，分別是驗證、數(shù)字設(shè)計、模擬、PCB、IP，其中前三項的地位更為重要，占主營業(yè)務(wù)收入的份額在75%左右。
Cadence為EDA業(yè)界第二廠商，工具集中在模擬電路，PCB電路，F(xiàn)PGA工具。Cadence也有一套完整的ASIC設(shè)計工具，但在與Synosys競爭中處下風(fēng)。但在全定制設(shè)計中Virtuso仍然非常強大，Cadence之所以穩(wěn)居第二，決定于其強大的模擬電路設(shè)計工具。
（2018年Cadence各細(xì)分領(lǐng)域占營業(yè)額的比重）
Mentor Graphics
03
Mentor Graphics(明導(dǎo)國際，2016年被德國西門子收購)1981年成立，90年代遇到經(jīng)營困境，軟件的研發(fā)嚴(yán)重落后于進(jìn)度，大量長期客戶流失。直到94年公司組織結(jié)構(gòu)大調(diào)整后，才重新崛起。
Mentor Graphics是一家EDA軟件和硬件公司，也是電路板解決方案的市場領(lǐng)導(dǎo)者，主要提供電子設(shè)計自動化先進(jìn)系統(tǒng)電腦軟件與模擬硬件系統(tǒng)。Mento的工具雖沒有前兩家全面，沒有涵蓋整個芯片設(shè)計和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，但在有些領(lǐng)域，如PCB(印刷電路板)設(shè)計工具等方面有相對獨到之處。
（2010-2016年Mentor營業(yè)收入及增速情況）
（2010-2016年Mentor凈利潤及增速情況）
Mentor公司為業(yè)界第三，雖然排行第三，但體量比前兩家要小不少。
?Mentor在EDA廠商中始終占有一席之地的原因是其點工具做得非常好，比如Mentor的PCB設(shè)計工具，全面而且信號分析準(zhǔn)確。比如ASIC流程中的Calibre在版圖LVS，DRC中占有率超出其他兩家，比如DFT工具DFTAdvisor在DFT工具中絕對占據(jù)優(yōu)勢地位。由于Synopys的銷售策略，在DC銷售時免費搭DFT compiler，對DFTAdvisor造成一定的市場沖擊。
Mentor平臺并非像前兩家一樣大而全，雖然點工具做的很精致，但在Synopsys、Cadence的競爭壓力下，發(fā)展空間日漸狹小。
三大企業(yè)總體比較
04
EDA公司提供給IC公司的一般都是全套工具，因此EDA集成度高的公司產(chǎn)品更有優(yōu)勢。三巨頭基本都能提供全套的芯片設(shè)計EAD解決方案。
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Synopsys最全面，它的優(yōu)勢在于數(shù)字前端、數(shù)字后端和PT signoff。模擬前端的XA，數(shù)字前端的VCS，后端的sign-off tool，還有口碑極好的PT、DC和ICC功能都很強大。Synopsys有壟斷市場90%的TCAD器件仿真和壟斷50%的DFM工藝仿真，這是其在EDA產(chǎn)業(yè)競爭中的一把利器。
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Cadence的強項在于模擬或混合信號的定制化電路和版圖設(shè)計，功能很強大，PCB相對也較強，但是Signoff的工具偏弱。
Mentor Graphic在后端布局布線這塊比較強，在PCB上也很有優(yōu)勢,它的優(yōu)勢是Calibre signoff和DFT，但Mentor Graphic在集成度上難以與前兩家抗衡。
此外，除了賣license以外，EDA企業(yè)還可以提供IP授權(quán)(硬核和軟核)，這個對于很多中小規(guī)模的設(shè)計公司是很有吸引力的。授權(quán)的IP通常有memory，Serdes和Power management之類的研發(fā)成本或門檻相對較高的硬核。
目前Synopsys企業(yè)的IP業(yè)務(wù)全球排名第二;
Cadence的IP業(yè)務(wù)銷售額也在逐年增加;
Mentor在IP業(yè)務(wù)上和Synopsys與Cadence幾乎沒有競爭力。
EDA
三大企業(yè)成功因素及未來展望
成功因素
01?高額的研發(fā)投入
Synopsys和Cadence一直重視新技術(shù)的開發(fā)，每年投入大比例資金用于研發(fā)，研發(fā)費用是公司最大的營運開支。尤其是Cadence公司，近兩年研發(fā)支出占總營收的比例超過40%。
（2010-2019年Synopsys與Cadence研發(fā)投入(百萬美元)及占營業(yè)額的比重）
02 外延頻繁并購
自1986年成立以來，Synopsys通過發(fā)起幾十余項并購交易，不斷尋找那些已經(jīng)被市場證明成功的產(chǎn)品及其企業(yè)，通過滾動并購操作達(dá)到了擴大業(yè)務(wù)規(guī)模、進(jìn)行技術(shù)整合的目的。
2002年，Synopsys以8.3億美元收購與Cadence結(jié)束專利訴訟的Avanti公司，使得Synopsys成為EDA歷史上第一家可以提供頂級前后端完整IC設(shè)計方案的領(lǐng)先EDA工具供應(yīng)商，并在2008年超越Cadence成為全球最大的EDA工具廠商。
（Synopsys部分重要收購情況）
（Cadence部分重要收購情況）
Mentor Graphics自成立開始，就關(guān)注各細(xì)分市場的的佼佼者，一步步收購了多家在某些細(xì)分領(lǐng)域技術(shù)上數(shù)一數(shù)二的中小型EDA公司，從而實現(xiàn)了企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展成長的目的。
2016年11月14日西門子和Mentor Graphics(明導(dǎo)國際)聯(lián)合發(fā)表聲明，德國西門子將以每股37.25美元的價格收購美國EDA公司Mentor Graphics，總收購價格為45億美元，價溢價21%。在收購Mentor后，西門子將增強在電子系統(tǒng)的設(shè)計、測試和仿真領(lǐng)域的軟硬件實力。
（Mentor Graphics部分重要收購情況）
03?政策扶持
美國在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。目前，集成電路在摩爾定律的驅(qū)動下，面臨物理和經(jīng)濟極限;拐點臨近，電子技術(shù)的進(jìn)步將進(jìn)入下一創(chuàng)新階段。在這種背景下，美國又一次走在了世界前列，推出了一項為期5年、總值15億美元的電子復(fù)興計劃(ERI)，用以支持芯片技術(shù)的開發(fā)。美國國會也增加了對ERI的投入，每年額外注資1.5億美元。
DARPA推出ERI項目扶持芯片發(fā)展:2018年7月23-25日，DARPA為ERI計劃召開了首次年度峰會，在會上，DARPA公布了2017年9月首批啟動的6大項目合作研究團隊，旨在扶持和培養(yǎng)在材料與集成、電路設(shè)計和系統(tǒng)架構(gòu)三方面的創(chuàng)新性研究。
未來展望
隨著IC設(shè)計復(fù)雜度的提升，新工藝的發(fā)展，EDA行業(yè)有非常大的發(fā)展空間，目前產(chǎn)業(yè)兩大發(fā)展方向:云計算+EDA、人工智能+EDA。目前Cadence領(lǐng)先。
云計算+EDA
云技術(shù)的應(yīng)用主要有三大優(yōu)點:
快速部署可提高工程效率并加速項目完成;
通過靈活的解決方案和大規(guī)模可擴展的云就緒工具實現(xiàn)無痛采用;
經(jīng)過驗證的解決方案據(jù)有很好的安全性，被許多客戶信賴和使用。
人工智能+EDA
芯片敏捷設(shè)計是未來發(fā)展的一個主要方向，深度學(xué)習(xí)等算法能夠提高EDA軟件的自主程度，提高IC設(shè)計效率，縮短芯片研發(fā)周期。
據(jù)Cadence的報告顯示，機器學(xué)習(xí)在EDA的應(yīng)用可以分為四個方面:數(shù)據(jù)快速提取模型;布局中的熱點檢測;布局和線路;電路仿真模型。Cadence致力于研究將機器學(xué)習(xí)應(yīng)用在Virtuoso平臺上，并參與了ERI中智能設(shè)計芯片項目。新思科技也在利用人工智能加速時序驗證。
